毕业设计说明书

内蒙古科技大学

本科生毕业设计说明书（毕业论文）

题目： EBH-90型掘进机截割部设计

学生姓名：王鹏

学号：0864103829

专业：机械设计制造与自动化

班级：机械2008-8班

指导教师：刘云峰

摘要

设计的主要目的：掌握一般机械产品设计的方法及规律；掌握橫轴式掘进机截割部的设计步骤。

设计内容为履带式半煤岩掘进机设计。在此，主要进行了掘进机的整体功能设计和掘进机截割部的结构设计。在整体设计中，本设计主要对掘进机的装载系统、物料输送系统、行走系统、液压系统，以及机架和回转台等主要系统和部件进行功能设计，确定其主要的功能参数。

设计对掘进机截割部进行了详细的设计、计算。掘进机采用橫轴式掘进机截割部。在设计中，主要对掘进机行走部和截割部减速器等进行了详细的设计、计算。

本掘进机截割部设计的主要特点是：

（1）用三级齿轮传动加惰轮的方式增加了掘进机截割部的长度，满足了掘进机截割部的长度要求，并且避免了最后一级齿轮因直径过大而和掘进头产生干涉。

（2）第一级使用锥齿轮传动，满足了橫轴式掘进机截割部需要改变传动方向的要求。

此外，本设计还对半煤岩掘进机的特点和发展概况进行了简单介绍，对掘进机拆运安装和调整，掘进机的井下组装以及掘进机的检修和维护保养作了简单介绍。

关键词：掘进机；截割部；减速器

ABSTRACT

The main purpose for this design is as follows: to know how to design a digging Machine; to master the way to design the crossing axis digging part of the digging machine.

The thing of this design is a digging machine which is used to cut coal and moved by chain, this design mainly about the function of all of the parts of the machine and the structure of the digging part. In the design of the whole machine, this article is mainly about the taking system, the carrying system, the walking system, the liquid system and the machine structure and so on.

The article mainly talk about the structure of the digging part, this digging part is a crossing axis digging part. In this article, the walking system and the speed reducing machinery are carefully designed. The characteristic of the digging part are as follows:

（1）Three couple of gears are used in the speed reducing machinery to add the length of the digging part and because this way of design, the intervention of the gear and the digging head can be avoid.

（2）The cone gears are used in the first couple of the gears it fill the need of the aspect changing of the digging part.

Furthermore the article also talks a bout the digging machine’s earmark and the history of the digging machine, and this article also talks about the dismantling and fixing of the machine, the checking and repairing of the machine.

Keywords: Digging machine; Digging part; Speed reducing machinery.

第一章概述

煤炭工业是我国国民经济的主要支柱产业。在未来50年内，煤炭仍是主要的能源和战略物质，具有不可替代性，是国民经济和社会发展的保证。随着国民经济的快速发展，以及我国加入WTO后，煤炭工业现代化的步伐也在加快。

我国煤炭开采以井工为主，煤矿巷道掘进与支护工程量浩大。2001年原国有重点煤矿掘进总进尺高达5045km，其中煤巷约4480km，占88.8%；全国256个综采工作面年回采巷道820km，其中综采掘进总进尺达650km。综掘仍是高产高效矿井回采巷道掘进的主要技术方法。

煤矿掘进是煤炭生产和建设的基础工程。近年来，我国煤矿掘进机械化得到了迅速的发展，装备水平也有很大的提高，在自主创新能力上也有长足的进步。

1.1国外掘进机发展历程

第一阶段：20世纪40年代末期～60年代中期。各国早期研制的悬臂式掘进机、切割功率在30KW左右的轻型机。这个阶段，掘进机从无到有，形成了集切割、装运和行走为一体的结构雏形，主要用于软煤巷道掘进，机重在13-17吨之间。代表机型有匈牙利全国矿山机械研究所的F5、乌克兰的ДК-3等。

第二阶段：60年代中期～70年代末期。这一阶段是煤巷掘进机蓬勃发展时期，产

品主要是用于切割煤系地层中的各种煤岩的中型掘进机，机重20～40t左右，切割功率50-100KW，可切岩石硬度系数f6。代表机型有英国安德森公司的RH25、奥地利阿尔卑尼公司的AM50和日本三井三池公司的MRH—100等。

第三阶段：70年代末期～80年代末期。这一阶段，半煤岩掘进机开始成熟，重型机大批涌现，煤巷掘进功能齐全，可靠性大幅度提高，机重50t左右。代表机型有英国多斯克公司的MKⅡB、LH130，奥地利阿尔卑尼公司的AM75和德国保拉特公司的E169

等。

第四阶段：80年代后期至上世纪末。产品主要是以煤系地层中的中硬度岩石为作业对象的重型机，一般机重40-80吨、切割功率150-200KW、可切岩石硬度系数f8，如英国的LH-1300型、奥地利的AM-75型、日本的S200M型掘进机等。掘进机采用了新技术，功能更加完善；计算机自控装置较成熟。下图为日本三井三池公司S200M

目前的掘进机已进入了机电一体化的自动控制截割时代。以美国、澳大利亚为代表的连续采煤机以及80年代末投入使用的掘锚机组开创了快速掘进的新途径、新纪元。

各主要生产公司有奥地利的阿尔卑尼公司、英国的多斯克公司、安德森公司、艾姆克公司、德国的沙尔扎特公司、艾柯夫公司、保拉特公司、维斯特伐利公司、日本三井三池公司和乌克兰的工厂，主要系列有AM、E、ET、STM、MRH及ПK等。

国外中型掘进机已日趋完善，其代表机型有英国多斯克公司的LH130型号、德国保拉特公司的E200型、奥地利阿尔卑尼公司的AM75型、日本三井三池公司的S220型等。其切割功率在132～220kw之间，机重50～70t，经济切割的岩石硬度80Mpa，近年德国在研究开发切割硬度达100Mpa的掘进机。

1.2国内掘进机发展概况及技术水平

我国的掘进机技术开发工作始于1965年，虽然起步较晚，发展相对缓慢，技术性、配套性较差，但综掘机械化在我国煤矿煤及半煤岩巷道的开拓中已得到了广泛的应用。最初是仿前苏联的ЛК-3型掘进机，1979年后，先后从日本、奥地利、英国、美国、西德、原苏联、匈牙利引进了多种型号的掘进机，通过引进日本MRH-5100-41型、奥地利AM-50等型掘进机的制造技术和先进加工设备，并进行技术转化，经过20多年的努

力，我国已经具有一定水平研究开发、生产制造掘进机的能力。我国已自行研制成功了AM50、ELM-55、EMIA-30、EL-90、5100等截割功率在30～200kw之间，20多种型号的掘进机机型，基本满足了国内市场的需求，结束了我国煤矿小型掘进机一直依靠进口的局面。同时，已有了必要的试验测试手段和基本技术标准，形成了一支有一定技术能力的研制队伍，积累了较为丰富的研制经验，为我国掘进机的发展奠定了扎实的基础。

“八五”期间，我国又开始了重型掘进机技术开发和研制工作。1999年，煤科总院太原分院开发出了EBJ-160型掘进机，获国家科技进步二等奖，达到了20世纪90年代初国际先进水平。它的研制成功，标志着我国掘进机研究制造水平和掘进机机械化水平均迈上了新台阶。2001年，佳木斯煤机厂又完成了从日本引进S200M型掘进机的消化吸收、国产化任务。经过几代人的不懈努力，截止到目前为止，我国掘进机的开发研究在轻型及中型以上已基本达到国际先进水平，但在重型掘进机的研究上，与一些发达国家的产品还存在着一定的差距。

1.3掘进机的技术特点

掘进机是用于开凿平直地下巷道的机器。主要由行走机构、工作机构、装运机构和转载机构组成。随着行走机构向前推进，工作机构中的切割头不断破碎岩石，并将破碎的岩石运走。其中工作机构的动力是由截割电机提供，选择合适功率的电机，对于掘进机整机性能有着至关重要的作用。

掘进机设备分为两类：一是欧洲国家普遍使用的掘进机，适应范围广，掘进、支护不能平行作业；二是美国和澳大利亚的连续采煤机和掘锚综合机组，实现了煤巷快速掘进，后者还使连续采煤机与锚杆钻车合二为一，解决了掘进、装运和锚杆支护的平行作业问题。

“六五”以前，我国悬臂式掘进机还停留在以切割煤为主的轻型掘进机上，与国外同期产品相比技术水平很低。通过多年的技术攻关，掘进机的机型从轻型发展到了中、重型，切割对象从煤拓展到了岩石，例如切割功率从30kw提高到300kw，重量从13t

上升到90t，使掘进机的使用范围产生了很大的变化。掘进机的产品已有煤、半煤岩和全岩三大系列、10多个品种，尤其是“八五”和“九五”期间研制成功的EBJ系列半煤岩掘进机，其技术性能达到并部分超过了某些进口的同类产品，具有良好的性价比。

目前主要的国产悬臂式掘进机有：上海分院研制的EBJ—160SH型、EBJ—132SH型、

EBJ—110SH型，太原分院研制的EBJ—160型，淮南煤矿机械厂研制的AM50型，佳木斯煤矿机械厂研制的S100型等。

1.4掘进机的发展方向

1) 向大功率、重型化方向发展

随着对巷道掘进要求的不断提高，掘进机截割煤岩的能力可达100MPa，部分重型机截割断面达35~42m2可掘巷道的断面形状有拱形、梯形、矩形，有些机型在配掩护筒的条件下甚至可掘圆型断面。多数机型能在纵向±16°、横向±18°的较大倾斜状态下工作。而截割功率在132~220kw、机重在50~70t的中型掘进机，国外已相当成熟，它们的经济截割能力通常在80MPa左右。

2)重视对提高截割能力的研究

由于掘进机截割能力不断增强，作为直接参与截割的工作机构截割头，其可靠性、稳定性和耐磨性就显得特别重要，这方面的研究工作国外非常重视。目前，国外还在研究采用连杆机构推进工作悬臂的新结构来替代原来的液压缸，以进一步提高工作悬臂的强度和风度，达到简化结构和便于操纵的目的。为满足截割能力不断增大的要求，一些掘进机的截割速度已降至1m/s以下；为适应不同的煤岩硬度，在液压系统中设置反馈调节系统，实现截割、牵引速度的无级调速；为增加机组的锚固支撑力，采用的扎脚机构；等等。这些新技术是掘进机向大功率方向发展的有力基础。另一方面，国外还在继续探讨新的截割技术，如高压水射流辅助切割和采用冲击振动式截割机构等。

3)实现自动控制和工况监测

随着激光技术、计算机技术和电子技术在巷道掘进方面的应用，掘进机的安全性、掘进效率和可操作性得到大大提高，机电一体化趋势明显。新型掘进机可实现推进方向监控电动机功率自动调节、截割路径循环程控、离机遥控操作、切割断面监控、以及工况监测和故障诊断等。如日本的RH250—SLA型掘进机配有摄像机和自动跟踪光学距离仪，通过光波进行距离监测，大大提高了掘进效率。

4)开发综掘作业线和配套设备

综掘作业线和配套设备能充分发挥掘进机的效能，现在各国都十分重视这方面的研究。如为缩短支护时间，在顶板稳定的条件下，采用机载锚杆钻机支护；为使掘进机与支护平行作业，采用超前液压支架或自带盾牌掩护支架；在后配套运输方面，采用桥式

转载机后配带式输送机，有条件的甚至设置活动煤仓。

1.5 掘进机机型及主要机构介绍

掘进机的发展方向是定型化、系列化、并向“大断面”、“高硬度”发展，掘进机的性能、外形、结构和重量应能很好地适应煤岩的性质和巷道的尺寸。

根据任务书的要求，按行业标准MT138～1995《悬臂式掘进机的型式与参数》，MT238.3-2006《悬臂式掘进机|第3部分|通用技术条件》选定机型类别。要考虑的掘进机用途有：煤矿井下巷道的掘进、其他行业的工程作业，要考虑掘进机的工作条件：切割煤层巷、半煤层巷，煤岩的单向抗压强度(或普氏系数f值)及岩石的腐蚀系数。

特轻、轻型掘进机以掘进煤巷为主，它的特点应突出经济、灵活、方便，在截割巷道断面尺寸方面有较大的适应性。中型掘进机以掘进半煤岩巷道为主，在截割岩石硬度方面适应性较强，但机器设计不宜过于笨重和庞大，在使用时有较大的覆盖面。重型掘进机是具有更高切割能力的掘进机，应用范围更加广泛。

表2-1 掘进机型式的基本参数[6]

半煤岩掘进机是一种能够实现截割、装载、转载运输、行走和喷雾除尘的联合机组。它既可用于煤矿井下，也可用于金属矿山以及其他隧道施工。根据掘进机的用途、作业情况及制造条件，合理选择机型，并正确确定各部结构型式，对于实现整机的各项技术指标、保证机器的工作性能具有重要意义。

1.5.1工作机构

半煤岩掘进机的工作机构有截链式、圆盘铣削式和悬臂截割式等。因悬臂截割式掘进机机体灵活、体积较小，可截出各种形状和断面的巷道，并能实现选择性截割，而且截割效果好，掘进速度较高；所以，现在主要采用悬臂截割式，并已成为当前掘进机工作机构的一种基本型式。

按截割头的布置方式，分为纵轴和横轴式两种。

纵轴式截割头传动方便、结构紧凑，能截出任意形状的断面，易于获得较为平整的断面，有利于采用内伸缩悬臂，可挖柱窝或水沟。截割头的形状有圆柱形、圆锥形和圆锥加圆柱形，由于后两种截割头利于钻进，并使截割表面较平整，故使用较多。缺点是由于纵轴式截割头在横向摆动截割时的反作用力不通过机器中心，与悬臂形成的力矩使掘进机产生较大的振动，故稳定性较差。因此，在煤巷掘进时，需加大机身重量或装设辅助支撑装置。

横轴式截割头分滚筒形、圆盘形、抛物线形和半球形几种。这种掘进机截齿的截割方向比较合理，破落煤岩较省力，排屑较方便。由于截深较小，截割与装载情况较好。纵向截割时，稳定性较好。缺点是传动装置较复杂，在切入工作面时需左右摆动，不如纵轴式工作机构使用方便；因为截割头较长对掘进断面形状有限制，难以获得较平整的侧壁。这种掘进机多使用抛物线或半球形截割头。

由于工作机构的载荷变化范围大、驱动功率大、过坚硬岩石时短期过载运转、有冲击载荷、振动较大，要求其传动装置体积小，最好能调速。考虑掘进机工作时，截割头不仅要具有一定的转矩和转速以截割煤岩，而且要能上下左右摆动，以掘出整个断面，掘进机工作机构一般都采用单机驱动。虽然液压传动具有体积小、调速方便等优点，但

由于对冲击载荷很敏感，元件不能承受较大的短时过载，一般选择过载能力较大的电动机驱动。

1.5.2装载机构

半煤岩掘进机的装载机构有2种:

(1)耙爪式。是利用一对交替动作的耙爪来不断地耙取物料并装入转载运输机构。这种方式结构简单、工作可靠、外形尺寸小、装载效果好，目前应用很普遍。但这种装载机构宽度受限制，为扩大装载宽度，可使铲板连同整个耙爪机构一起水平摆动，或设计成双耙爪机构，以扩大装载范围。

(2)星轮式。该种机构比耙爪式简单、强度高、工作可靠，但装大块物料的能力较差。通常，应选择耙爪式装载机构，但考虑装载宽度问题，可选择双耙爪机构，也可设计成耙爪与星轮可互换的装载机构。

装载机构可以采用电动机驱动，也可用液压马达驱动。但考虑工作环境潮湿、有泥水，选用液压马达驱动为好。

1.5.3输送机构

半煤岩掘进机多采用刮板链式输送机构。输送机构可采用联合驱动方式，即将电动机或液压马达和减速器布置在刮板输送机靠近机身一侧，在驱动装载机构同时，间接地以输送机构机尾为主动轴带动刮板输送机构工作。这样传动系统中元件少、机构比较简单，但装载与输送机构二者运动相牵连，相互影响大。由于该位置空间较小，布置较为困难。

输送机构采用独立的驱动方式，即将电动机或液压马达布置在远离机器的一端，通过减速装置驱动输送机构。这种驱动方式的传动系统布置简单，和装载机构的运动互不影响。但由于传动装置和动力元件较多，故障点有所增加。

目前，这两种输送机构均有采用，设计时应酌情确定。一般常采用与装载机构相同的驱动方式。

1.5.4转载机构

该掘进机的转载机构有两种布置方式：（1）作为机器的一部分；（2）为机器的配套

设备。目前，多采用胶带输送机。

胶带转载机构传动方式有3种：

（1）用液压马达直接或通过减速器驱动机尾主动卷筒；

（2）由电动卷筒驱动主动卷筒；

（3）利用电动机通过减速器驱动主动卷筒。

为使卸载端作上下、左右摆动，一般将转载机构机尾安装在掘进机尾部的回转台托架上，可用人力或液压缸使其绕回转台中心摆动，达到摆角要求；同时，通过升降液压缸使其绕机尾铰接中心作升降动作，以达到卸载的调高范围。转载机构应采用单机驱动，可选用电动机或液压马达。

1.5.5行走机构

该种掘进机的行走机构有导轨式和履带式：

导轨式。将掘进机用导轨吊在巷道顶板上，躲开底板，达到冲击破碎岩石的目的。这就要求导轨具有较高的强度。这种行走机构主要用于冲击式掘进机。

履带式。适用于底板不平或松软的条件，不需修路铺轨。具有牵引能力大，机动性能好、工作可靠、调动灵活和对底板适应性好等优点。但其结构复杂、零部件磨损较严重。

目前，半煤岩掘进机通常采用履带式行走机构。由于其工作环境差，用电动机驱动易受

潮烧毁，最好选用液压马达驱动。

1.5.6除尘装置

掘进机的除尘方式有喷雾式和抽出式两种。

（1）喷雾式：用喷嘴把具有一定压力的水扩散、雾化，使粉尘附在雾状水珠表面沉降下来，达到灭尘效果。这种除尘方式有以下两种：①外喷雾降尘。是在工作机构的悬臂上装设喷嘴，向截割头喷射压力水，将截割头包围。这种方式结构简单、工作可靠、使用寿命长。由于喷嘴距粉尘源较远，粉尘容易扩散，除尘效果较差；②内喷雾降尘。喷嘴在截割头上按螺旋线布置，压力水对着截齿喷射。由于喷嘴距截齿近，除尘效果好，耗水量少，冲淡瓦斯、冷却截齿和扑灭火花的效果也较好。但喷嘴容易堵塞和损坏，供

水管路复杂，活动联接处密封较困难。为提高除尘效果，一般采用内外喷雾相结合的办法，并且和截割电机、液压系统的冷却要求结合起来考虑，将冷却水由喷嘴喷出降尘。

（2）抽出式：常用的吸尘装置是集尘器。设计掘进机时，应根据掘进机的技术条件来选集尘器。为提高除尘效果，可采用两级净化除尘。由于集尘器跟随掘进机移动，风机的噪音很大，应安装消音装置。抽出式除尘装置灭尘效果好，但因设备增多，使工作面空间减小。近年来，除尘设备有向抽出式和喷雾式联合并用方向发展的趋势。

第二章 EBH-90型掘进机整体结构设计与力能参数计算2.1设计目的与基本要求

设计目的：符合要求的EBH-90型橫轴式悬臂掘进机的截割部设计。

基本要求：

1)最大掘高3.8m；

2)最大掘宽5.6m；

2.1.2主要参数

1> 适用范围

EBH90 型掘进机适用于我国煤矿普采、高档普采及综采，煤或半煤岩采区巷道的掘进作业。

—适应巷道净断面： 4.7～16m2

—可掘最大高度： 3.8m

—可掘进最大宽度： 5.6m

—截割煤岩硬度： f ≤7

—最大工作坡度： +16°

2>技术特征

(1)一般特征：

外形尺寸（长3宽3高，m）： 7.732.031.65

机重（t）： 26

总功率（k w）： 165

地隙（mm）： 340

卧地深度（mm）： 310

(2) 工作机构

截割方式：横轴式截割

功率（k w）： 90

截割头转速（r/min）： 58.3

平均截割速度(m/s)： 1.5

最大截割速度(m/s)： 1.95

进给速度(m/min)： 1.0~4.0

进给牵引力(KN)：水平30~43 垂直36~60

截齿型式：镐形

截齿数量（个）： 2346

(3)装运机构

装运型式：星轮，边双链刮板机

驱动方式：液压

最大功率(k w)： 2312.4

装载宽度（m）： 2.0，2.5（副铲板）

运输链速（m/s）： 0.79

装运能力（m3/h）：岩 15~20 煤 80~100

(4)行走机构

行走型式：履带

驱动方式：液压

最大功率（k w）： 2335

行走速度（m/min）： 3.5~4.5

调运速度（m/min）： 6～7

履带板宽度（mm）： 400

接地长度（mm）： 2400

接地公称比压（M Pa）： 0.133

(5)液压系统：

泵站驱动功率（k w）： 75

油泵型号： CBZ2050/050 CBZ2080/032

总流量（L/min）： 290

系统工作压力（M Pa）： 16，12.5

马达型号及数量： 23A2F107W2S2 23NHM11-900B NHM11-700I 油缸数量（个）： 9

(6)水系统

喷雾及冷却水压力（M Pa）： 1.5

喷雾耗水量（L/min）： 45

喷雾喷嘴数量（个）： 9

(7)电气系统

防爆型式：隔爆型

供电电压（V）： 660

控制电压（V）： AC: 36 、 24 、 18 DC: 24

图3 三级圆锥圆柱齿轮减速器

整个截割部通过一个叉形框架、两个销轴铰接于回转台上。借助安装于截割部和回转台之间的两个升降油缸，以及安装在回转台与机架之间的两个回转油缸，来实现整个

截割部的升、降和回转运动，由此截割出任意形状的断面。

2.4 装载部

装载部结构如图 4 所示，主要由铲板及左右对称的驱动装置组成，通过低速大扭矩液压马达直接驱动三爪转盘向内转动，从而达到装载煤岩的目的。

装载部安装于机器的前端。通过一对销轴和铲板左、右升降油缸铰接于主机架上，在铲板油缸的作用下，铲板绕销轴上、下摆动,可向上抬起340mm，向下卧底310mm。当机器截割煤岩时，应使铲板前端紧贴底板，以增加机器的截割稳定性。

图4 装载部

1-铲板 2-刮板输送机改向链轮组 3-三爪转盘 4-驱动装置

2.5刮板输送机

刮板输送机结构如图5所示，主要由机前部、机后部、驱动装置、边双链刮板、张紧装置和脱链器等（改向轮组装在装载部上）组成。

图5 刮板输送机

1-机前部 2-机后部 3-边双链刮板 4-张紧装置 5-驱动装置 6-液压马达刮板输送机位于机器中部，前端与主机架和铲板铰接，后部托在机架上。机架在该处设有可拆装的垫块，根据需要，刮板输送机后部可垫高，增加刮板输送机的卸载高度。刮板输送机采用低速大扭矩液压马达直接驱动，刮板链条的张紧是通过在输送机尾部的张紧油缸来实现的。

2.6行走部

本次设计的掘进机采用履带式行走机构。左、右履带行走机构对称布置，分别驱动。各由 10 个高强度螺栓（M3032、10.9 级）与机架相联。左、右履带行走机构各由液压马达经三级圆柱齿轮和二级行星齿轮传动减速后，将动力传给主动链轮，驱动履带运动。

现以左行走机构为例，说明其结构组成及传动系统。如图 6、图 7 所示，左行走机构主要由导向张紧装置、左履带架、履带链、左行走减速器、液压马达、摩擦片式制动器等组成。摩擦片式制动器为弹簧常闭式，当机器行走时，泵站向行走液压马达供油的同时，向摩擦片式制动器提供压力油推动活塞，压缩弹簧，使摩擦片式制动器解除制动。